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WO2002090759A1 - Leckagereduzierter druckgesteuerter kraftstoffinjektor - Google Patents

Leckagereduzierter druckgesteuerter kraftstoffinjektor Download PDF

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WO2002090759A1
WO2002090759A1 PCT/DE2002/001541 DE0201541W WO02090759A1 WO 2002090759 A1 WO2002090759 A1 WO 2002090759A1 DE 0201541 W DE0201541 W DE 0201541W WO 02090759 A1 WO02090759 A1 WO 02090759A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
control
valve body
pressure
chamber
housing
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
PCT/DE2002/001541
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Friedrich BÖCKING
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Robert Bosch GmbH filed Critical Robert Bosch GmbH
Priority to DE50201793T priority Critical patent/DE50201793D1/de
Priority to US10/332,377 priority patent/US20040011889A1/en
Priority to EP02740295A priority patent/EP1387946B1/de
Priority to JP2002587796A priority patent/JP2004519602A/ja
Publication of WO2002090759A1 publication Critical patent/WO2002090759A1/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Ceased legal-status Critical Current

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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M63/00—Other fuel-injection apparatus having pertinent characteristics not provided for in groups F02M39/00 - F02M57/00 or F02M67/00; Details, component parts, or accessories of fuel-injection apparatus, not provided for in, or of interest apart from, the apparatus of groups F02M39/00 - F02M61/00 or F02M67/00; Combination of fuel pump with other devices, e.g. lubricating oil pump
    • F02M63/0012—Valves
    • F02M63/0014—Valves characterised by the valve actuating means
    • F02M63/0028—Valves characterised by the valve actuating means hydraulic
    • F02M63/0029—Valves characterised by the valve actuating means hydraulic using a pilot valve controlling a hydraulic chamber
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
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    • F02M63/0003—Fuel-injection apparatus having a cyclically-operated valve for connecting a pressure source, e.g. constant pressure pump or accumulator, to an injection valve held closed mechanically, e.g. by springs, and automatically opened by fuel pressure
    • F02M63/0005—Fuel-injection apparatus having a cyclically-operated valve for connecting a pressure source, e.g. constant pressure pump or accumulator, to an injection valve held closed mechanically, e.g. by springs, and automatically opened by fuel pressure using valves actuated by fluid pressure
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M63/00—Other fuel-injection apparatus having pertinent characteristics not provided for in groups F02M39/00 - F02M57/00 or F02M67/00; Details, component parts, or accessories of fuel-injection apparatus, not provided for in, or of interest apart from, the apparatus of groups F02M39/00 - F02M61/00 or F02M67/00; Combination of fuel pump with other devices, e.g. lubricating oil pump
    • F02M63/0003—Fuel-injection apparatus having a cyclically-operated valve for connecting a pressure source, e.g. constant pressure pump or accumulator, to an injection valve held closed mechanically, e.g. by springs, and automatically opened by fuel pressure
    • F02M63/0007—Fuel-injection apparatus having a cyclically-operated valve for connecting a pressure source, e.g. constant pressure pump or accumulator, to an injection valve held closed mechanically, e.g. by springs, and automatically opened by fuel pressure using electrically actuated valves

Definitions

  • High pressure pumps are used to achieve and maintain the operating pressure level. Part of the delivery capacity of the high-pressure pumps is consumed by leakage losses that can occur on the moving components of fuel injectors of such injection systems, with which the fuel under high pressure is injected into the combustion chamber of an internal combustion engine.
  • the required delivery rate of a high pressure pump is a criterion influencing its size.
  • a supply line to a spring-loaded nozzle needle is provided, which can be shut off by a control piston with a valve function.
  • the nozzle needle is pressed onto its needle seat via a needle needle spring, which is supported in a spring chamber.
  • a throttled line connection is designed as a bypass between the supply line and the relief line, the line connection containing a leakage valve connected to the solenoid valve, by means of which the line connection can be interrupted during the injection.
  • the solution according to the invention has the advantage that the control valve is integrated in the inlet from the high-pressure accumulation chamber (common rail) and the leakage is considerably reduced by avoiding the reduction in pressure to leakage oil pressure at the control valve.
  • the control chamber acting on the valve body of the control part is advantageously surrounded by a pot-shaped pressure piece, on which the high-pressure seed pending high pressure is present.
  • the pressure piece that delimits the control chamber rests with a flat seat on the housing of the control unit and is acted upon by this spring element, which in addition to the high pressure prevailing in the housing space holds the pressure element in contact with a wall of the housing space of this control unit.
  • a servo valve is accommodated above the pressure piece, with the servo valve body of which an outlet throttle which relieves the control space can be closed or released.
  • the leakage losses are limited to the control volume that flows through the outlet throttle when the control chamber is relieved of pressure after the servo valve has been activated. Due to the pressure piece integrated in the inlet from the high-pressure accumulation chamber (common rail), this is pressed into the flat seat by the high pressure prevailing there, supported by the spring accommodated below the pressure piece. A pressure reduction at the control part to the leakage oil pressure level can be avoided, which has a favorable influence on the leakage at the control valve.
  • the servo valve and the valve space surrounding the servo valve body are sealed against the high pressure in the inlet from the high pressure collection space.
  • the control volume flowing out of the control chamber when the pressure is relieved of pressure is limited by the dimensioning of the outlet throttle and represents the only volume which flows out of the high-pressure part of the control unit.
  • the high-pressure pump can therefore be designed much more favorably in terms of its delivery rate, which has a favorable influence on its manufacturing costs and size.
  • Another advantage associated with the reduction in the pump size is the lowering of the fuel temperature in the return line of the injector. Too high a fuel temperature would result in the need for a cooler, which represents an additional effort which can be avoided with the reduction in pump size proposed according to the invention.
  • the single figure shows a section through a pressure-controlled control unit without guide leakage, which can be used, for example, on a nozzle holder combination. variants
  • the single figure shows a longitudinal section through the control unit designed according to the invention, the control unit 1 comprising a housing 2.
  • a housing space 4 is formed, which is connected via an inlet 3 to a storage space or high-pressure accumulation space (common rail), in which fuel is acted upon by a high-pressure pump, and is kept at an extremely high pressure level.
  • this high pressure level generated in the accumulator or high-pressure accumulation space (common rail) is also present in the housing space 4 of the control unit 1.
  • a pressure piece 21 is accommodated in the housing space 4 of the control unit 1 as shown in FIG. 1.
  • the pressure piece 21 is essentially designed as a pot-shaped body which is open on one side and bears with a flat surface 23 on a wall of the housing 2 of the control unit 1.
  • a control valve body 5 is inserted into its interior, the end face 8 of which delimits a control chamber 6 with the inner wall of the pressure piece 21.
  • an inlet throttle 7 is formed in the wall of the pressure piece 21 in the area of the control chamber; on the other hand, the control chamber 6, which is delimited by the inside of the pressure piece 21 and the end face 8 of the control valve body 5, can be relieved of pressure via an outlet throttle 28 formed in the upper area of the pressure piece 21.
  • the pressure relief of the control chamber 6 takes place via a servo valve 24 assigned to the outlet throttle 28.
  • the pressure piece 21, received in the housing space 4 of the control unit 1 is on the one hand via a spring element 20 acting on an annular end face 22 of the pressure piece 21 into a flat seat 23 on a wall of the housing 2 of the control unit 1 pressed.
  • the spring element 20 which is supported on the annular end face 22 on the pressure piece 21 on the one hand, is supported on the other hand by the bottom of the housing space 4 in the housing 2 of the control unit 1.
  • the fuel which is under high pressure in the housing space 4 via the inlet 3 from the high-pressure accumulation chamber (common rail) and which acts on the annular end face 22 of the pressure piece 21, places it in its flat seat 23 on the wall of the housing 2.
  • the action of the high pressure present in the housing space 4 on the annular end face 22 of the pressure piece 21 ensures that it rests on the flat seat 23 on the wall of the housing 2 of the control unit 1.
  • the flat seat 23 both on the wall of the housing 2 and on the corresponding side of the pressure piece 21 can be manufactured in a particularly simple manner in terms of production technology.
  • An annular sealing surface 23 is thus available between the pressure piece 21 and the corresponding wall of the housing 2 of the control unit 1, with which a valve chamber 32 of the servo voventils 24 against the housing space 4 and the prevailing high pressure level is sealable.
  • the control valve body 5 of the control unit 1 projects with its upper end face 8 into the control chamber 6, which receives a control volume flowing in via the inlet throttle 7, which can be opened or closed by actuating the servo valve 24 by an actuator 29, which is only shown schematically here.
  • the control valve body 5 is also provided with an annularly extending seat 19 which terminates in a constriction 9 on the control valve body 5.
  • the constriction 9 is followed by flow-free surfaces 10 on the circumference of the control valve body 5, which for example can be formed opposite one another by 180 ° on the circumference of the control valve body 5.
  • control valve body 5 Opposed to the constriction 9 on the control valve body 5 in the housing 2 of the control unit 1 is an annular space 11, from which a nozzle inlet 14 branches off to a nozzle holder combination (not shown here) with an injection nozzle.
  • the control valve body 5 is centered and guided on the one hand in the pressure piece 21 with its upper region; on the other hand, the control valve body 5 is guided below the constriction 9 on the housing surfaces 15. If the control chamber 6, which is delimited by the pressure piece 21 and the upper end face 8 of the control valve body 5, is subjected to a high-pressure control volume via the outlet throttle 7, the control valve body 5 is moved into its seat 18 in the floor of the housing space 4.
  • the ring-shaped seat 19 on the control valve body 5 lies against the conically configured sealing seat in the bottom of the housing 4, so that when the control valve body 5 is closed, that is to say its contact in its sealing seat 18 on the housing side, the nozzle inlet 14 via the annular space 11 in the housing 2 of the control unit 1 and is relieved of pressure via the flow free areas 10 into the leak oil chamber 12.
  • the fuel volume continues to flow from the leak oil chamber 12 in the direction of the leak oil drain 13.
  • the lifting height into which the control valve body 5 enters with its end face 8 when the control chamber 6 is depressurized by actuating the outlet throttle 28 is designated by reference number 30 (h 2 ).
  • a residual overlap 16 of the flow free areas 10 is dimensioned on the circumference of the control valve body 5.
  • the remaining coverage is labeled hi.
  • the outlet throttle 28 in the pressure piece 21 for relieving the pressure in the control chamber 6 is switched by means of a servo valve 24.
  • the servo valve 24 is over here only schematically indicated actuator, for example actuates a piezo actuator 29, which actuates a servo valve body 25 of the servo valve 24 in the direction of the arrow 31.
  • the servo valve body 25 of the servo valve 24 is hemispherical in the illustration according to FIG.
  • the curved side of the hemispherically configured servo valve body 25 interacts with a second seat 27 formed in the housing 2 of the control unit 1, while the essentially flat side of the servo valve body 25 cooperates with a first seat 26 on the upper side of the pressure piece 21.
  • the servo valve body 25 can either be switched into the first seat 26 to close the flow restrictor 28 or into its second seat to close the drain in the housing 2 of the control unit 1.
  • the servo valve body 25 is surrounded by a servo valve space 32, which is formed on the one hand by a wall of the housing 2 of the control unit 1 and on the other hand by the pressure piece 21. Since the servo valve body 25 of the servo valve 24 merely extends between its first seat 26 and its second seat 27 and can be switched, the leakage losses are limited to the control volume controllable from the control chamber 6 via the discharge throttle 28.
  • control volume flows from the control chamber 6 via the outlet throttle 28 into the servo valve chamber 32, so that the Front face 8 of the control valve body 5 moves upwards into the control chamber 6.
  • the servo valve chamber 32 is sealed at its second seat 27, which is closed by the curved part of the control valve body 25. If, on the other hand, the control valve body 25 is actuated by the actuator 29 in the direction of movement 31, the control valve body per 25 with its flat side to the first seat 26 above the outlet throttle 28 in the pressure piece 21 and closes it.
  • a pressure build-up 6 in the control chamber 6 takes place due to the high pressure of the fuel which continuously flows into the control chamber 6 via the inlet throttle 7, as a result of which the control valve body 5 is pressed into its sealing seat 18 in the bottom of the housing chamber 4.
  • the pressure relief of the nozzle inlet 14 takes place via the constriction 9, the annular space 11 and the flow-free areas 10 into the leakage oil space 11 in the low-pressure area of the control unit 1.
  • the servo valve chamber 32 serves, as it were, as a buffer for receiving fuel serving as control volume, which flows into the servo valve chamber 32 from its first seat 26 by releasing the servo valve body 25 by releasing the servo valve body 25. Only the fuel volume flowing out when the servo valve 24 is actuated via the piezo actuator 29 schematically shown here and emerging from the control chamber 6 via the outlet throttle 28 constitutes a leak operate a fuel injection system with the control unit 1 according to the invention, which can be equipped with a substantially smaller dimensioned high pressure pump.

Landscapes

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Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zum Einspritzen von Kraftstoff in den Brennraum einer Verbrennungskraftmaschine. Es ist eine Steuereinheit (1) vorgesehen, in der ein Gehäuseraum (4) ausgebildet ist, der über einen Zulauf eines Speicherraums (Common Rail) stets mit unter hohem Druck stehenden Kraftstoff beaufschlagt ist. Der unter hohem Druck stehende Kraftstoff steht über eine Zulaufdrossel (7) stets am Steuerraum (6) eines Steuerventilkörpers (5) an, wobei der Steuerventilkörper (5) einen Düsenzulauf (14) zu einer Einspritzdüse aufsteuert oder verschliesst. Im Gehäuseraum (4) der Steuereinheit (1) ist ein den Steuerraum (6) begrenzendes Druckstück (21) aufgenommen, welches sich mit einer ebenen Fläche (23) am Gehäuse (2) abstützt und in welchem eine den Steuerraum (6) druckentlastende Ablaufdrossel (28) aufgenommen ist, die mittels eines Servoventils (24) aufsteuerbar ist.

Description

Leckagereduzierter druckgesteuerter Kraftstoffinjektor
Technisches Gebiet
Einspritzsysteme, die an luftverdichtenden Verbrennungskraftmaschinen eingesetzt werden und nach dem Common Rail-Prinzip arbeiten, sind höchsten Betriebsdrücken ausgesetzt. Um das Betriebsdruckniveau zu erreichen und dauerhaft aufrechtzuerhalten, werden Hoch- druckpumpen eingesetzt. Ein Teil der Förderleistung der Hochdruckpumpen wird durch Leckageverluste aufgezehrt, die an den bewegten Bauteilen von Kraftstoffiηjektoren solcher Einspritzsysteme auftreten können, mit denen der unter hohem Druck stehende Kraftstoff in den Brennraum einer Verbrennungskraftmaschine eingespritzt wird. Die erforderliche Förderleistung einer Hochdruckpumpe stellt ein deren Baugröße beeinflussendes Krite- rium dar.
Stand der Technik
DE 197 15 234 AI betrifft ein magnetventilgesteuertes, direkteinspritzendes Kraftstoffein- spritzventil für Speichereinspritzsysteme von mehrzylindrigen Brennkraftmaschinen. Es ist eine Zufuhrleitung zu einer federbelasteten Düsennadel vorgesehen, welche durch einen Steuerkolben mit Ventilfunktion absperrbar ist. Die Düsennadel wird über eine Düsenna- delfeder, welche sich in einem Federraum abstützt, auf ihren Nadelsitz gedrückt. Es sind femer ein auf der Rückseite des unter Systemdruck stehenden Steuerkolbens angeordneter Steuerraum vorgesehen sowie ein Magnetventil. Durch dieses ist der Steuerraum mit einer Entlastungsleitung verbindbar und gleichzeitig die Absperrung der zur Düsennadel führenden Zuführleitung durch ein am Steuerkolben angeordnetes Hochdruckventil aufhebbar. Es ist eine gedrosselte Leitungsverbindung als Bypass zwischen der Zuführleitung und der Entlastungsleitung ausgebildet, wobei die Leitungsverbindung ein mit dem Magnetventil in Verbindung stehendes Leckageventil enthält, durch welches die Leitungsverbindung während der Einspritzung unterbrechbar ist.
Darstellung der Erfindung
Die erfindungsgemäße Lösung bietet den Vorteil, daß das Steuerventil in den Zulauf vom Hochdrucksammeiraum (Common Rail) integriert ist und die Leckage durch Vermeidung des Druckabbaus auf Lecköldruck am Steuerventil erheblich reduziert wird. In vorteilhafter Weise ist der den Ventilkörper des Steuerteils beaufschlagende Steuerraum von einem topfförmig konfigurierten Druckstück umgeben, an welchem stets der im Hochdrucksam- melraum (Common Rail) anstehende hohe Druck anliegt. Das den Steuerraum begrenzende Druckstück liegt mit einem Flachsitz am Gehäuse der Steuereinheit an und ist mit diesem Federelement beaufschlagt, welches das Druckstück zusätzlich zum im Gehäuseraum herrschenden Hochdruck in Anlage an eine Wand des Gehäuseraumes dieser Steuereinheit hält.
Oberhalb des Druckstücks ist ein Servoventil aufgenommen, mit dessen Servoventilkörper eine den Steuerraum entlastende Ablaufdrossel verschlossen bzw. freigegeben werden kann. Die Leckageverluste sind mit der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Lösung auf die Steuervolumenmenge begrenzt, die bei Druckentlastung des Steuerraums nach Ansteue- rung des Servoventils durch die Ablaufdrossel abströmt. Durch das in den Zulauf vom Ηochdrucksammelraum (Common Rail) integrierte Druckstück wird dieses durch den dort herrschenden Hochdruck in den Flachsitz gedrückt, unterstützt durch die unterhalb des Druckstücks aufgenommene Feder. Ein Druckabbau am Steuerteil auf Lecköldruckniveau kann vermieden werden, was die Leckage am Steuerventil günstig beeinflußt.
Aufgrund des Flachsitzes des den Steuerraum begrenzenden Druckstücks am Gehäuse der Steuereinheit ist das Servoventil und der den Servoventilkörper umgebende Ventilraum gegen den Hochdruck im Zulauf vom Hochdrucksammeiraum abgedichtet. Das bei der Druckentlastung des Steuerraums aus diesem abströmende Steuervolumen wird durch die Dimensionierung der Ablaufdrossel begrenzt und stellt das einzige Volumen dar, welches aus dem Hochdruckteil der Steuereinheit abfließt. Die Hochdruckpumpe kann daher hinsichtlich ihrer Förderleistung erheblich günstiger ausgelegt werden, was deren Herstellkosten und Baugröße günstig beeinflußt. Ein mit der Reduzierung der Pumpengröße weiter einhergehender Vorteil liegt in der Absenkung der Kraftstofftemperatur im Rücklauf des Injektors. Eine zu hohe Kraftstofftemperatur hätte die Notwendigkeit eines Kühlers zur Folge, was einen zusätzlichen Aufwand darstellt, der mit der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Reduzierung der Pumpengröße vermieden werden kann.
Zeichnung
Anhand der Zeichnung wird die Erfindung nachstehend näher erläutert.
Die einzige Figur zeigt einen Schnitt durch eine druckgesteuerte Steuereinheit ohne Füh- rungsleckage, die zum Beispiel an einer Düsenhalterkombination eingesetzt werden kann. Ausführungsvarianten
In der einzigen Figur ist ein Längsschnitt durch die erfindungsgemäß ausgebildete Steuereinheit wiedergegeben, wobei die Steuereinheit 1 ein Gehäuse 2 umfaßt. Im Gehäuse 2 der Steuereinheit 1 ist ein Gehäuseraum 4 ausgebildet, der über einen Zulauf 3 mit einem Spei- cherraum oder Hochdrucksammeiraum (Common Rail) in Verbindung steht, in dem Kraftstoff über eine Hochdruckpumpe beaufschlagt, auf einem extrem hohen Druckniveau gehalten wird. Über den Zulauf 3 zum Gehäuseraum 4 der Steuereinheit 1 steht dieses im Speicher oder Hochdrucksammeiraum (Common Rail) erzeugte hohe Druckniveau auch im Gehäuseraum 4 der Steuereinheit 1 an.
Im Gehäuseraum 4 der Steuereinheit 1 gemäß der Darstellung in Figur 1 ist ein Druckstück 21 aufgenommen. Das Druckstück 21 ist im wesentlichen als topfförmiger, an einer Seite offen beschaffener Körper ausgebildet, der mit einer eben ausgeführten Fläche 23 an einer Wandung des Gehäuses 2 der Steuereinheit 1 anliegt. Am offenen Ende des Druckstücks 21 ist in dessen Innenraum ein Steuerventilkörper 5 eingeführt, dessen Stirnfläche 8 mit der Innenwandung des Druckstücks 21 einen Steuerraum 6 begrenzt. In der Wandung des Druckstücks 21 sind im Bereich des Steuerraums einerseits eine Zulaufdrossel 7 ausgebildet; andererseits ist der Steuerraum 6, der von der Innenseite des Druckstücks 21 und der Stirnfläche 8 des Steuerventilkörpers 5 begrenzt ist, über eine im oberen Bereich des Druckstücks 21 ausgebildete Ablaufdrossel 28 druckentlastbar. Die Druckentlastung des Steuerraumes 6 erfolgt über ein der Ablaufdrossel 28 zugeordnetes Servoventil 24. Das Druckstück 21, aufgenommen im Gehäuseraum 4 der Steuereinheit 1, wird einerseits über ein eine ringförmige Stirnfläche 22 des Druckstücks 21 beaufschlagendes Federelement 20 in einen Flachsitz 23 an einer Wandung des Gehäuses 2 der Steuereinlieit 1 gedrückt. Das Federelement 20, welches sich an der ringförmig verlaufenden Stirnfläche 22 am Druckstück 21 einerseits abstützt, ist andererseits durch den Boden des Gehäuseraumes 4 im Gehäuse 2 der Steuereinheit 1 abgestützt. Darüber hinaus bewirkt der im Gehäuseraum 4 über den Zulauf 3 vom Hochdrucksammeiraum (Common Rail) unter Hochdruck stehende Kraftstoff, der auf die ringförmige Stirnfläche 22 des Druckstücks 21 einwirkt, dessen Anstellen in seinen Flachsitz 23 an der Wandung des Gehäuses 2.
Durch das Einwirken des im Gehäuseraum 4 anstehenden hohen Drucks auf die ringförmig verlaufende Stirnfläche 22 des Druckstücks 21 ist dessen Anlage am Flachsitz 23 an der Wandung des Gehäuses 2 der Steuereinheit 1 gewährleistet. Der Flachsitz 23 sowohl an der Wandung des Gehäuses 2 als auch an der entsprechenden Seite des Druckstücks 21 kann fertigungstechnisch besonders einfach gefertigt werden. Damit steht eine ringförmig verlaufende Dichtfläche 23 zwischen dem Druckstück 21 und der entsprechenden Wandung des Gehäuses 2 der Steuereinheit 1 zur Verfügung, mit welcher ein Ventilraum 32 des Ser- voventils 24 gegen den Gehäuseraum 4 und das dort herrschende hohe Druckniveau abdichtbar ist.
Der Steuerventilkörper 5 der Steuereinheit 1 ragt mit seiner oberen Stirnfläche 8 einerseits in den Steuerraum 6 ein, der ein über die Zulaufdrossel 7 einströmendes Steuervolumen aufnimmt, welches durch Betätigung des Servoventils 24 durch einen hier nur schematisch wiedergegebenen Aktor 29 aufsteuerbar bzw. zusteuerbar ist. Der Steuerventilkörper 5 ist darüber hinaus mit einer sich ringförmig erstreckenden Sitzfläche 19 versehen, die am Steuerventilkörper 5 in einer Einschnürung 9 ausläuft. An die Einschnürung 9 schließen sich in Abströmrichtung Strömungsfreiflächen 10 am Umfang des Steuerventilkörpers 5 an, die zum Beispiel einander gegenüberliegend um 180° versetzt am Umfang des Steuerventilkörpers 5 ausgebildet sein können. Der Einschnürung 9 am Steuerventilkörper 5 im Gehäuse 2 der Steuereinheit 1 gegenüberliegend, ist ein Ringraum 11 ausgebildet, von dem ein Düsenzulauf 14 zu einer hier nicht dargestellten Düsenhalterkombination mit Ein- spritzdüse abzweigt. Der Steuerventilkörper 5 wird mit seinem oberen Bereich einerseits im Druckstück 21 zentriert und geführt; andererseits ist der Steuerventilkörper 5 unterhalb der Einschnürung 9 an Gehäuseflächen 15 geführt. Ist der Steuerraum 6, der durch das Druckstück 21 und die obere Stirnfläche 8 des Steuerventilkörpers 5 begrenzt ist, über die Ablaufdrossel 7 mit einem unter hohen Druck stehenden Steuervolumen beaufschlagt, wird der Steuerventilkörper 5 in seine Sitzfläche 18 im Boden des Gehäuseraumes 4 gefahren. Die ringförmig verlaufende Sitzfläche 19 am Steuerventilkörper 5 liegt an der kegelförmig konfigurierten Dichtsitzfläche im Boden des Gehäuses 4 an, so daß bei geschlossenem Steuerventilkörper 5, d.h. dessen Anliegen in seinem gehäuseseitigen Dichtsitz 18, der Düsenzulauf 14 über den Ringraum 11 im Gehäuse 2 der Steuereinheit 1 und über die Strö- mungsfreiflächen 10 in den Leckölraum 12 druckentlastet wird. Vom Leckölraum 12 aus strömt das Kraftstoffvolumen weiter in Richtung des Leckölablaufs 13. Die Hubhöhe, in welche der Steuerventilkörper 5 mit seiner Stirnfläche 8 bei Druckentlastung des Steuerraums 6 über eine Betätigung der Ablaufdrossel 28 einfährt, ist mit Bezugzeichen 30 (h2) bezeichnet. Entsprechend zur Hubhöhe 30 des Steuerventilkörpers 5 bei Druckentlastung des Steuerraumes 6 ist eine Restüberdeckung 16 der Strömungsfreiflächen 10 am Umfang des Steuerventilkörpers 5 bemessen. Die Restüberdeckung ist mit hi bezeichnet. Im in seinen Dichtsitz 18 im Gehäuseraum 4 eingefahrenen Zustand, d.h. bei Druckbeaufschlagung des Steuerraumes 6 muß gewährleistet sein, daß über einen Bereich h) der Strömungsfreiflächen 10 unterhalb des Führungsabschnittes 15 im Gehäuse 2 ein Abströmen von Kraft- Stoff über den Düsenzulauf 14 in den Ringraum 11 in den Leckölraum 12 und damit in den Leckö lablauf 13 erfolgen kann.
Die im Druckstück 21 ausgeführte Ablaufdrossel 28 zur Druckentlastung des Steuerraums 6 wird mittels eines Servoventils 24 geschaltet. Das Servoventil 24 wird über einen hier nur schematisch angedeuteten Steller, zum Beispiel einen Piezosteller 29 betätigt, der einen Servoventilkörper 25 des Servoventils 24 entsprechend der Pfeilrichtung 31 betätigt. Der Servoventilkörper 25 des Servoventils 24 ist in der Darstellung gemäß Figur 1 halbkugelförmig ausgestaltet. Die gekrümmte Seite des halbkugelförmig konfigurierten Servoventil- körpers 25 wirkt mit einem im Gehäuse 2 der Steuereinheit 1 ausgebildeten zweiten Sitz 27 zusammen, während die im wesentlichen flach beschaffene Seite des Servoventilkörpers 25 mit einem ersten Sitz 26 an der Oberseite des Druckstücks 21 zusammenarbeitet. Mittels des Servoventils 24, welches über einen Piezoaktor oder ein Magnetventil angesteuert werden kann, kann der Servoventilkörper 25 entweder in den ersten Sitz 26 zum Verschließen der Ablaufdrossel 28 oder in seinen zweiten Sitz zum Verschließen des Ablaufes im Gehäuse 2 der Steuereinheit 1 geschaltet werden. Der Servoventilkörper 25 ist von einem Servoventilraum 32 umgeben, der einerseits durch eine Wandung des Gehäuses 2 der Steuereinheit 1 gebildet wird und andererseits durch das Druckstück 21. Da der Servoventilkörper 25 des Servoventils 24 lediglich zwischen seinem ersten Sitz 26 und seinem zweiten Sitz 27 hin- und hergeschaltet werden kann, sind die Leckageverluste auf das aus dem Steuerraum 6 über die Ablaufdrossel 28 absteuerbare Steuervolumen begrenzt.
Steht über den Zulauf 3 vom Hochdrucksammeiraum (Common Rail) im Gehäuseraum 4 der Steuereinheit 1 Hochdruck an, strömt dieser über die Zulaufdrossel 7 in den Steuer- räum 6 ein, der von der oberen Stirnfläche 8 des Steuerventilkörpers 5 und der Innenseite des Druckstücks 21 begrenzt ist. Durch den sich im Steuerraum 6 aufbauenden Hochdruck wird der Steuerventilkörper 5 in den im Boden des Gehäuseraumes 4 ausgebildeten Dichtsitz 18 gefahren. Der Zulauf vom Gehäuseraum 4 über die Einschnürung 9 in den Ringraum 11 und von dort in den Düsenzulauf 14 einer Düsenhalterkombination ist in dieser Position des Steuerventilkörpers 5 verschlossen. In dieser Position, in welcher der Steuerventilkörper 5 in seinen gehäuseseitigen Sitz am Boden des Gehäuseraumes 4 gestellt ist, erlaubt eine Druckentlastung des Düsenzulaufs 15 über den Ringraum 11, die Einschnürung 9 am Steuerventilkörper 5, über die Strömungsfreiflächen 10 in den Leckölraum 12 und von dort in den Leckölablauf 13. Das den Steuerraum 6 begrenzende Druckstück 21 ist stets vom über den Zulauf 3 vom Hochdrucksammeiraum aus anstehenden hohen Druck beaufschlagt, welcher über den Flachsitz 23 gegenüber dem Servoventilraum 32 des Servoventils 24 abgedichtet ist. Bei Druckentlastung des Steuerraumes 6 durch Schaltung des Steuerventilkörpers 25 von seinem ersten Sitz 26 oberhalb der Ablaufdrossel 28 in seinen im Gehäuse 2 der Steuereinheit 1 ausgebildeten zweiten Sitz 27 strömt Steuervolumen vom Steuerraum 6 über die Ablaufdrossel 28 in den Servoventihaum 32 ein, so daß sich die Stirnfläche 8 des Steuerventilkörpers 5 in den Steuerraum 6 aufwärts bewegt. Gleichzeitig ist der Servoventilraum 32 an seinem zweiten Sitz 27, der durch den gekrümmten Teil des Steuerventilkörpers 25 verschlossen ist, abgedichtet. Wird der Steuerventilkörper 25 hingegen durch den Aktor 29 in Bewegungsrichtung 31 angesteuert, wird der Steuerventilkör- per 25 mit seiner flachen Seite an den ersten Sitz 26 oberhalb der Ablaufdrossel 28 im Druckstück 21 angestellt und schließt diesen. Durch kontinuierlich über die Zulaufdrossel 7 in den Steuerraum 6 einschießenden Kraftstoff mit hohem Druck erfolgt ein Druckaufbau 6 im Steuerraum 6, wodurch der Steuerventilkörper 5 in seinen Dichtsitz 18 im Boden des Gehäuseraumes 4 gedrückt wird. Gleichzeitig erfolgt die Druckentlastung des Düsenzulaufs 14 über die Einschnürung 9, den Ringraum 11 und die Strömungsfreiflächen 10 in den Leckölraum 11 im Niederdruckbereich der Steuereinheit 1.
Durch die Integration des Steuerraumes 6 bzw. des Steuerventils 5 in einen Gehäuseraum 4 wird das Absenken des dort herrschenden Druckniveaus auf Lecköldruckniveau vermieden. Lecköldruckniveau herrscht lediglich im Niederdruckbereich der Steuereinheit 1 , d.h. unterhalb der Strömungsfreiflächen 10 im Leckölraum 11 bzw. im Leckölablauf 13. Durch die sich ringförmig zwischen dem Druckstück 21 und der entsprechenden Wandung des Gehäuses 2 der Steuereinheit 1 ausbildende Dichtfläche 23 in Gestalt eines Flachsitzes und das Anstellen des Druckstücks 21 an diese einerseits mittels eines Federelementes 20 und andererseits durch an der ringförmigen Stirnfläche 22 anliegenden Hochdruck, ist eine verbesserte Abdichtung des Gehäuseraumes 4 gegen Leckageverluste gegeben. Darüber hinaus ist durch den Einsatz des Servoventils 24 oberhalb des Druckstücks 21 zur Freigabe bzw. zum Verschließen der Ablaufdrossel 28 des Steuerraums 6 sichergestellt, daß lediglich die aus dem Steuerraum 6 bei dessen Druckentlastung abströmende Steuermenge in den Steuerventilraum 32 eintritt. Der Servoventihaum 32 dient gewissermaßen als Puffer zur Aufnahme von als Steuervolumen dienendem Kraftstoff, welches pro Freigabebewegung der Ablaufdrossel 28 durch Abstellen des Servoventilkörpers 25 aus seinem ersten Sitz 26 in den Servoventihaum 32 einströmt. Lediglich das bei Ansteuerung des Servoventils 24 über den hier schematisch wiedergegebenen Piezosteller 29 abströmende, über die Ablaufdrossel 28 aus dem Steuerraum 6 austretende Kraftstoffvolumen stellt eine Leckage dar. Da die Leckageverluste auf das aus dem Steuerraum 6 bei dessen Druckentlastung abströmende Steuervolumen begrenzt sind, läßt sich mit der erfindungsgemäß beschaffenen Steuereinheit 1 ein Kraftstoffeinspritzsystem betreiben, welches mit einer wesentlich kleiner dimen- siomerten Hochdruckpumpe ausgestattet werden kann. Bisher notwendige Überdimensionierungen der Hochdruckpumpe zur Deckung von Leckageverlusten können entfallen, da die Leckageverluste bei der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Steuereinheit auf die aus dem Steuerraum 6 austretenden Abströmvolumina der Steuermenge beschränkt sind. Ein Einsatz einer kleiner dimensionierten Hochdruckpumpe zur Druckbeaufschlagung des Hochdrucksammeiraumes und damit über den Zulauf 3 des Gehäuseraumes 4 der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Steuereinheit 1 bewirkt zudem eine Absenkung der Kraftstofftemperatur. Die Absenkung der Kraftstofftemperatur bei Einsatz einer kleiner dimensionierten Hochdruckpumpe beeinflußt das Einspritzverhalten des über den Düsenzulauf 14 einer Düsenhalterkombination zuzuführenden Einspritzvolumens sehr vorteilhaft. Bezugszeichenliste
Steuereinheit
Gehäuse
Zulauf Hochdrucksammeiraum (Common Rail)
Gehäuseraum
Steuerventilkörper
Steuerraum
Zulauf drossel
Stirnseite
Einschnürung
Freifläche
Ringraum
Leckölraum
Leckölablauf
Düsenzulauf
Gehäusekante
Überdeckung hi
Ringraum
Dichtsitz (Gehäuse)
Sitzfläche Steuerventilkörper
Federelement
Druckstück ringförmige Stirnfläche
Flachsitz
Servoventil
Servoventilkörper erster Sitz zweiter Sitz
Ablaufdrossel
Betätigungselement (Piezo)
Hub h2
Bewegungsrichtung
S ervoventilraum

Claims

Patentansprüche
1. Einrichtung zum Einspritzen von Kraftstoff in den Brennraum einer Verbrennungskraftmaschine mit einer Steuereinheit (1), die einen Gehäuseraum (4) umfaßt, der über einen Zulauf vom Hochdrucksammeiraum (Common Rail) stets mit unter hohem Druck stehenden Kraftstoff beaufschlagt ist, welcher in einem Steuerraum (6) eines Steuerventilkörpers (5) wie bei einer Zulaufdrossel (7) ansteht, wobei der Steuerventilkörper (5) einen Düsenzulauf (14) zu einer Einspritzdüse aufsteuert oder verschließt, dadurch gekennzeichnet, daß im Gehäuseraum (4) der Steuereinheit (1) ein den Steuerraum (6) begrenzendes Druckstück (21) aufgenommen ist, wobei der Steuerraum (6) über ein in zwei Sitze (26, 27) schaltbares Servoventil (24) druckentlastbar oder druckbeaufschlagbar ist.
2. Einrichtung zum Einspritzen von Kraftstoff gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Druckstück (21) mittels eines Federelementes (20) in einen am Gehäuse (2) ausgebildeten Flachsitz (23) gedrängt wird.
3. Einrichtung zum Einspritzen von Kraftstoff gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Druckstück (21) mit einer ringförmigen Stirnfläche (22) in den Gehäuseraum (4) hineinragt.
4. Einrichtung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in einer Wandung des Druckstücks (21) eine Zulaufdrossel (7) zum Steuerraum (6) sowie eine Ablaufdrossel (28) des Steuerraums (6) ausgebildet ist.
5. Einrichtung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß oberhalb des Steuerraums (6), der Ablaufdrossel (28) zugeordnet, ein Servoventil (24) aufgenommen ist.
6. Einrichtung gemäß Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Servoventil (24) einen Servoventilkörper (25) umfaßt, der im wesentlichen halbkugelförmig ausgebildet ist.
7. Einrichtung gemäß Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Servoventil (24) einen ersten Sitz (26) oberhalb des Druckstücks (21) oder einen zweiten Sitz (27) im Gehäuse (2) der Steuereinheit (1) verschließt.
8. Einrichtung gemäß Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Sitz (26) oberhalb des Druckstücks (21) durch einen abgeflachten Teil des Servoventilkörpers (25) und der zweite Sitz (27) im Gehäuse (2) der Steuereinheit (1) durch eine gekrümmte Fläche des Servoventilkörpers (25) geschlossen bzw. geöffnet wird.
9. Einrichtung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im Gehäuseraum (4) der Steuereinheit (1) eine Dichtfläche (18) für eine Sitzfläche (19) des Steuerventilkörpers (5) ausgebildet ist.
10. Einrichtung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Steuerventilkörper (5) unterhalb einer Sitzfläche (19) eine Einschnürung (9) aufweist, der gegenüberliegend im Gehäuse (2) der Steuereinheit (1) ein Düsenzulauf (14) abzweigt und unterhalb der Einschnürung (9) am Steuerventilkörper (5) ein Abströmen von Kraftstoff ermöglichende Freiflächen (10) ausgebildet sind, über welche bei Druckentlastung des Düsenzulaufs (14) Kraftstoff in den Niederdruckbereich (12, 13) der Steuereinlieit (1) abströmt.
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